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Lancement spatial

Le Falcon Heavy de SpaceX Le lancement spatial est la première étape d'un vol qui atteint l'espace . Le lancement spatial implique le décollage , lorsqu'une fusée ou un autre vé...

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Le lancement spatial est la première étape d'un vol qui atteint l'espace . Le lancement spatial implique le décollage , lorsqu'une fusée ou un autre véhicule de lancement spatial quitte le sol, un navire flottant ou un aéronef en vol au début d'un vol. Le décollage est de deux types principaux : le lancement par fusée (la méthode conventionnelle actuelle) et le lancement spatial sans fusée (où d'autres formes de propulsion sont utilisées, y compris des moteurs à réaction aérobies).

Il n'existe pas de frontière claire entre l'atmosphère terrestre et l'espace, car la densité de l'atmosphère diminue progressivement à mesure que l'altitude augmente. Il existe plusieurs désignations de limites standard, à savoir :

• La Fédération Aéronautique Internationale a établi la ligne de Kármán à une altitude de 100 km (62 mi) comme définition pratique de la frontière entre l'aéronautique et l'astronautique. Cette ligne est utilisée car à une altitude d'environ 100 km (62 mi), comme l'a calculé Theodore von Kármán , un véhicule devrait se déplacer plus vite que la vitesse orbitale pour obtenir une portance aérodynamique suffisante de l'atmosphère pour se soutenir.
• Jusqu'en 2021, les États-Unis désignaient comme astronautes les personnes voyageant à plus de 80 km d'altitude . Les ailes d'astronaute ne sont désormais attribuées qu'aux membres d'équipage de vaisseau spatial qui « ont démontré des activités pendant le vol qui étaient essentielles à la sécurité publique ou ont contribué à la sécurité des vols spatiaux habités ».
• La navette spatiale de la NASA a été utilisée400 000 pieds , soit 75,76 miles (120 km), comme altitude de rentrée (appelée interface d'entrée), qui marque approximativement la limite où la traînée atmosphérique devient perceptible, commençant ainsi le processus de passage de la direction avec des propulseurs aux manœuvres avec des surfaces de contrôle aérodynamiques.

En 2009, des scientifiques ont rapporté des mesures détaillées avec un imageur ionique suprathermique (un instrument qui mesure la direction et la vitesse des ions), ce qui leur a permis d'établir une limite à 118 km au-dessus de la Terre. Cette limite représente le point médian d'une transition progressive sur des dizaines de kilomètres entre les vents relativement doux de l'atmosphère terrestre et les flux plus violents de particules chargées dans l'espace, qui peuvent atteindre des vitesses bien supérieures à 268 m/s.

Par définition, pour qu'un vol spatial puisse avoir lieu, une altitude suffisante est nécessaire. Cela implique qu'une énergie potentielle gravitationnelle minimale doit être surmontée : pour la ligne de Kármán, elle est d'environ 1 MJ/kg. W=mgh, m=1 kg, g=9,82 m/s ² , h=10 ⁵ m. W=1*9,82*10 ⁵ ≈10 ⁶ J/kg=1MJ/kg

En pratique, une énergie plus élevée que celle-ci doit être dépensée en raison de pertes telles que la traînée de l'air, l'efficacité propulsive, l'efficacité du cycle des moteurs utilisés et la traînée de gravité .

Au cours des cinquante dernières années, les vols spatiaux ont généralement consisté à rester dans l’espace pendant un certain temps, plutôt qu’à monter et retomber immédiatement sur Terre. Cela implique l’orbite, qui est principalement une question de vitesse et non d’altitude, bien que cela ne signifie pas que le frottement de l’air et les altitudes pertinentes par rapport à cela, et à l’orbite, n’ont pas besoin d’être pris en compte. À des altitudes beaucoup plus élevées que celles maintenues par de nombreux satellites, l’altitude commence à devenir un facteur plus important et la vitesse un facteur moins important. À des altitudes plus basses, en raison de la vitesse élevée requise pour rester en orbite, le frottement de l’air est un facteur important qui affecte les satellites, bien plus que dans l’image populaire de l’espace. À des altitudes encore plus basses, les ballons, sans vitesse d’avancement, peuvent remplir de nombreux rôles que jouent les satellites.

De nombreuses charges, en particulier les charges humaines, ont une force g limite à laquelle elles peuvent survivre. Pour les humains, elle est d'environ 3 à 6 g. Certains lanceurs, comme les lanceurs à canon, donneraient des accélérations de l'ordre de centaines ou de milliers de g et sont donc totalement inadaptés.

Les lanceurs varient en fonction de leur fiabilité pour accomplir la mission.

La sécurité est la probabilité de provoquer des blessures ou des pertes de vie. Les lanceurs peu fiables ne sont pas nécessairement dangereux, alors que les lanceurs fiables sont généralement, mais pas toujours, sûrs.

Outre la défaillance catastrophique du lanceur lui-même, d'autres risques pour la sécurité incluent la dépressurisation et les ceintures de radiations de Van Allen , qui empêchent les orbites où l'on passe de longues périodes à l'intérieur de ces ceintures.

De nombreuses fusées utilisent des combustibles fossiles. Une fusée Falcon Heavy de SpaceX, par exemple, brûle 400 tonnes de kérosène et émet plus de dioxyde de carbone en quelques minutes qu'une voiture moyenne en plus de deux siècles. Comme le nombre de lancements de fusées devrait augmenter considérablement dans les années à venir, l'effet du lancement en orbite sur la Terre devrait s'aggraver considérablement. Certains fabricants de fusées (c'est-à-dire Orbex , ArianeGroup ) utilisent différents carburants de lancement (comme le biopropane ou le méthane produit à partir de la biomasse).

Un vol spatial suborbital est un lancement spatial qui atteint l'espace sans effectuer une orbite complète autour de la planète. Il nécessite une vitesse maximale d'environ 1 km/s pour atteindre l'espace et jusqu'à 7 km/s pour une distance plus longue comme un vol spatial intercontinental. Un exemple de vol suborbital serait un missile balistique, ou un futur vol touristique comme Virgin Galactic , ou un vol de transport intercontinental comme SpaceLiner . Tout lancement spatial sans correction d'optimisation d'orbite pour atteindre une orbite stable se traduira par un vol spatial suborbital, à moins qu'il n'y ait une poussée suffisante pour quitter complètement l'orbite (voir Canon spatial#Se mettre en orbite ).

De plus, si une orbite est nécessaire, une quantité d’énergie bien plus importante doit être générée pour donner à l’engin une certaine vitesse latérale. La vitesse à atteindre dépend de l’altitude de l’orbite – une vitesse moindre est nécessaire à haute altitude. Cependant, compte tenu de l’énergie potentielle supplémentaire liée au fait de se trouver à haute altitude, on consomme globalement plus d’énergie pour atteindre des orbites plus hautes que des orbites plus basses.

La vitesse nécessaire pour maintenir une orbite proche de la surface de la Terre correspond à une vitesse latérale d'environ 7,8 km/s (17 400 mph), soit une énergie d'environ 30 MJ/kg. C'est plusieurs fois l'énergie par kg des mélanges de propergols utilisés dans les fusées .

L'obtention de l'énergie cinétique est difficile car la traînée aérodynamique a tendance à ralentir le vaisseau spatial. Les vaisseaux spatiaux propulsés par fusée suivent donc généralement une trajectoire de compromis qui quitte la partie la plus épaisse de l'atmosphère très tôt, puis volent par exemple sur une orbite de transfert Hohmann pour atteindre l'orbite particulière requise. Cela minimise la traînée aérodynamique ainsi que le temps que le véhicule passe à se maintenir en l'air. La traînée aérodynamique est un problème important pour pratiquement tous les systèmes de lancement proposés et actuels, bien que généralement moins que la difficulté d'obtenir suffisamment d'énergie cinétique pour simplement atteindre l'orbite.

Pour vaincre complètement la gravité terrestre, un vaisseau spatial doit obtenir suffisamment d'énergie pour dépasser la profondeur du puits d'énergie potentielle de gravité. Une fois que cela s'est produit, à condition que l'énergie ne soit pas perdue de manière non conservatrice, le véhicule s'affranchira de l'influence de la Terre. La profondeur du puits de potentiel dépend de la position du véhicule et l'énergie dépend de sa vitesse. Si l'énergie cinétique dépasse l'énergie potentielle, il y a fuite. À la surface de la Terre, cela se produit à une vitesse de 11,2 km/s (25 000 mph), mais en pratique, une vitesse beaucoup plus élevée est nécessaire en raison de la traînée de l'air.